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Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einem im Bereich eines Fahrzeugbodens in einem Gehäuse angeordneten elektrischen Energiespeicher.
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Aus der
EP 2 468 609 A2 ist ein energieabsorbierendes und verteilendes Seitenaufprallsystem zur Verwendung in einem Fahrzeug bekannt. Das Seitenaufprallsystem weist ein Batteriepackgehäuse auf, das eine Vielzahl von Querträgern umfasst, die das Batteriepackgehäuse queren und bei einem Seitenaufprall des Fahrzeuges mindestens einen Teil einer aufgenommenen Last absorbieren und verteilen. Das Batteriepackgehäuse ist zwischen den vorderen und hinteren Fahrzeugaufhängungsbaugruppen positioniert und zwischen Fahrzeugstrukturelementen, die sich auf beiden Seiten des Fahrzeuges befinden, montiert und mechanisch mit diesen gekoppelt. Zusätzlich zur Bereitstellung von Steifigkeit, Festigkeit und Schlagfestigkeit unterteilen die Querträger die im Batteriepackgehäuse enthaltenen Batterien in Batteriegruppen.
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Darüber hinaus ist aus der
US 10,464,406 B2 eine Karosseriebodenstruktur eines Fahrzeuges bekannt. Die Karosseriebodenstruktur umfasst einen Batteriesatz, welcher unter einem Bodenblech angeordnet ist, einen Seitenschweller, der sich in einer Fahrzeugfront-Heck-Richtung in einer Fahrzeugbreitenrichtung nach außen erstreckt, und einen Batterieseitenrahmen. Der Batterieseitenrahmen weist eine untere Fläche auf, die in der Fahrzeugbreitenrichtung nach außen positioniert ist und tiefer als ein Stützabschnitt für den Batteriesatz positioniert ist, wobei der Stützabschnitt in der Fahrzeugbreitenrichtung des Batterieseitenrahmens innen ausgebildet ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fahrzeug mit einem im Bereich eines Fahrzeugbodens in einem Gehäuse angeordneten elektrischen Energiespeicher anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Fahrzeug gelöst, welches die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Ein Fahrzeug weist einen im Bereich eines Fahrzeugbodens in einem Gehäuse angeordneten elektrischen Energiespeicher auf. Erfindungsgemäß bildet das Gehäuse zumindest einen Abschnitt eines Fahrgastraumbodens des Fahrzeuges. Dabei bildet das Gehäuse zumindest abschnittsweise einen Unterboden des Fahrzeuges, wobei ein Gehäusedeckel zumindest einen Abschnitt eines Fahrgastraumbodens des Fahrzeuges bildet und fahrzeugspezifisch ausgebildet ist. Eine Anzahl von Sitzquerträgern sowie ein Mitteltunnel sind in den Gehäusedeckel integriert und/oder auf dem Gehäusedeckel angeordnet. Auf und/oder an dem Gehäusedeckel ist eine Box angeordnet und/oder ausgebildet, welche eine Mehrzahl von Hochvolt-Elektrik-/Elektronikkomponenten enthält.
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Durch eine derartige Einbindung des elektrischen Energiespeichers in das Fahrzeug kann ein optimierter Kraftfluss entlang von Längsträgern und der Sitzquerträger im Kollisionsfall des Fahrzeuges realisiert werden. Das Gehäuse stellt dabei eine teilweise tragende Komponente dar, wobei aber Batteriemodule des elektrischen Energiespeichers im Kollisionsfall im Wesentlichen nicht belastet werden.
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Bei einer Herstellung des Rohbaus entfällt ein so genannter Fahrzeughauptboden, da dieser durch den Gehäusedeckel des elektrischen Energiespeichers gebildet wird. Ein Fahrzeuggewicht kann durch eine somit gebildete Leichtbauweise verringert werden, wodurch eine spezifische Energiedichte eines Systems des elektrischen Energiespeichers erhöht werden kann. Es werden also Leichtbaupotentiale in Bezug auf den Rohbau sowie in Bezug auf den elektrischen Energiespeicher, d. h. dessen Gehäuse, genutzt.
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In die Längsträger und/oder die Sitzquerträger können Spannungsmesssensoren, Temperatursensoren und/oder Gassensoren zur Detektion aus den Einzelzellen entweichenden Gases integriert werden, so dass ein Zustand des elektrischen Energiespeichers fortlaufend überwacht werden kann.
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Eine Kühlfunktion für den elektrischen Energiespeicher kann in den Gehäusedeckel intergiert werden, welcher in einer sogenannten Sandwichbauweise ausgeführt ist.
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Aus einem derartigen Aufbau des Fahrzeuges kann eine Kostenersparnis durch Verblockung innerhalb einer Baureihe und über mehrere Baureihen hinweg, z. B. für Limousinen, SUV etc. resultieren.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei zeigen:
- 1 schematisch einen Rohbau eines Fahrzeuges und einen elektrischen Energiespeicher und
- 2 schematisch einen vergrößerten Ausschnitt einer Schnittdarstellung des in das Fahrzeug integrierten elektrischen Energiespeichers.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt einen Rohbau R eines Fahrzeuges 1 und einen im Fahrzeug 1 verbauten elektrischen Energiespeicher 2. In 2 ist ein vergrößerter Ausschnitt einer Schnittdarstellung eines Fahrzeugbodens dargestellt, in welchen der elektrische Energiespeicher 2 integriert ist.
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Bei dem Fahrzeug 1 handelt es sich beispielsweise um ein Elektrofahrzeug mit einer elektrischen Antriebseinheit.
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Eine Reichweite eines elektrischen Fahrzeuges 1, welche mittels einer in dem elektrischen Energiespeichers 2 gespeicherten elektrischen Energie erreicht werden kann, wird im Wesentlichen durch eine Effizienz und somit durch einen Verbrauch elektrischer Energie auf 100 km und eine vorgegebene nutzbare Kapazität des elektrischen Energiespeichers 2 bestimmt. Insbesondere bei einem vergleichsweise großen und schweren SUV wird aus diesem Grund angestrebt, einen elektrischen Energiespeicher 2 mit einer möglichst hohen Kapazität im Fahrzeug 1 zu verbauen.
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Im Allgemeinen sind verschiedene Bauräume zur Anordnung eines elektrischen Energiespeichers 2 bekannt. Beispielsweise ist der elektrische Energiespeicher 2 an einem Fahrzeugunterboden, im Getriebetunnel, unter einer Rücksitzbank oder im Kofferraum, insbesondere einer Ersatzradmulde, angeordnet.
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Im Folgenden wird eine Lösung beschrieben, welche einen nutzbaren Bauraum zur Anordnung des elektrischen Energiespeichers 2 in einem Fahrzeug 1 optimiert, so dass eine verhältnismäßig hohe elektrische Reichweite mittels der in dem elektrischen Energiespeicher 2 zur Verfügung gestellten elektrischen Energie unter Einhaltung von Sicherheitsanforderungen möglich ist. Dazu ist vorgesehen, den elektrischen Energiespeicher 2 derart in den Rohbau R zu integrieren, dass der elektrische Energiespeicher 2, insbesondere dessen Gehäuse 3, Funktionen des Rohbaus R übernimmt oder unterstützt.
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Der elektrische Energiespeicher 2 weist ein Gehäuse 3 mit einem Gehäusedeckel 3.1 und einem Gehäuserahmen 3.2 auf, wobei der Gehäusedeckel 3.1 die Funktion des Fahrzeughauptbodens übernimmt, d. h. eines Hauptbodens des Rohbaus R. Der elektrische Energiespeicher 2 wird insbesondere in seinem Herstellwerk in das Gehäuse 3 montiert und bildet einen Unterboden des Fahrzeuges 1. Hierzu wird ein Modul des elektrischen Energiespeichers 2 zunächst in den Gehäuserahmen 3.2 eingesetzt. Anschließend wird der Gehäusedeckel 3.1 als Fahrgastraumboden auf das Modul mit Gehäuserahmen 3.2 aufgesetzt und anschließend wird das Gehäuse 3 mittels eines unteren Gehäusedeckels verschlossen. Darauffolgend wird der elektrische Energiespeicher 2 mit seiner Elektrik und Elektronik entsprechend verschaltet, um beispielsweise Montagevorgänge in der Produktion weiter auszuführen.
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Der elektrische Energiespeicher 2 mit seinem Gehäuse 3 bildet also den Unterboden des Fahrzeuges 1, wobei der Rohbau R nach seiner Fertigung zunächst keinen Unterboden aufweist. Der mittels des elektrischen Energiespeichers 2 gebildete Unterboden wird in der Montage des Fahrzeuges 1 an dem Rohbau R befestigt. Der Unterboden, welcher mittels des elektrischen Energiespeichers 2 gebildet ist, wird also in der Montage in den Rohbau R integriert.
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Der Unterboden, d. h. der elektrische Energiespeicher 2, insbesondere der Gehäusedeckel 3.1 des Gehäuses 3 trägt alle Sitzquerträger 4 und einen Mitteltunnel 5 des Fahrzeuges 1. Insbesondere werden die Sitzquerträger 4 nach einer Montage des Gehäuses 3 mit dem Rohbau R verbunden, beispielsweise verschraubt.
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Zudem ist auf und/oder an dem Gehäusedeckel 3.1 eine Box 6 angeordnet und/oder ausgebildet, in welcher eine Mehrzahl von Hochvolt-Elektrik-/Elektronikkomponenten angeordnet sind. Insbesondere ist die Box 6 für die Montage mit dem Gehäusedeckel 3.1 gefügt.
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Der elektrische Energiespeicher 2 als Batteriesystem weist zudem eine nicht näher dargestellte untere Kühlplatte, Stromschienen, eine Kühlleitung, eine obere Kühlplatte, Stromschienen für eine Kontaktierung und Steuerleitungen, ein Batteriemanagementsystem, einen Hochvolt-Schutzdeckel, eine Isolierung und den unteren Gehäusedeckel auf, welcher mit Längsträgern 7 für einen vergleichsweise einfachen Service und eine einfache Montage verschraubt ist.
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In der in 2 gezeigten Schnittdarstellung ist dargestellt, dass der Längsträger 7 zu einer Hälfte 7.1 in das Gehäuse 3 integriert ist und insbesondere den Gehäuserahmen 3.2 bildet. Eine weitere Hälfte 7.2 des Längsträgers 7, eines sogenannten Schwellers, ist außen an einer Seitenwand des Rohbaus R des Fahrzeuges 1 angeordnet. Dabei sind im fertig verbauten Zustand die beiden Hälften 7.1, 7.2 des Längsträgers 7 miteinander verschraubt und/oder mittels einer anderen geeigneten Verbindungstechnik aneinander befestigt.
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Insbesondere der Gehäusedeckel 3.1 des elektrischen Energiespeichers 2 ist fahrzeugspezifisch ausgebildet, da verschiedene Fahrzeugklassen unterschiedliche Unterbodenstrukturen aufweisen.
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Der Rohbau R kann in seiner Fertigung wie üblich aufgebaut werden und einen bestimmten Beschichtungsprozess durchlaufen, wobei ein hinterer Sitzquerträger, d. h. für Fondsitze, zur Versteifung am Rohbau R selbst verbleibt.
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Der Rohbau R des Fahrzeuges 1 mit einem elektrischen Antriebsstrang und dem elektrischen Energiespeicher 2 erfüllt Steifigkeits-, Festigkeits- und sogenannte Crashanforderungen erst im zusammengebauten Zustand.
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Einzelzellen des elektrischen Energiespeichers 2 werden bei einem derart ausgebildeten Batteriesystem nur in einer Struktur montiert, welche als Hochvolt-Schutz dient, wobei entlang dieser Struktur innerhalb einer Fahrzeugstruktur keine Lastpfade im Kollisionsfall des Fahrzeuges 1 geführt werden.
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Der Bauraum zur Anordnung des elektrischen Energiespeichers 2 wird verbessert genutzt, da sich keine versteifenden Strukturen in dem Bauraum befinden. Das Modul des elektrischen Energiespeichers 2 wird in eine Fahrzeugunterbodenstruktur integriert, wobei der jeweilige Längsträger 7 mit seinen zwei Hälften 7.1, 7.2, die als Profile ausgeführt sind, zur Trennung zwischen elektrischem Energiespeicher 2 und Rohbau R genutzt wird.
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Die vorgeschlagene Lösung beschreibt eine Leichtbau-Integration eines elektrischen Energiespeichers 2 in einen Rohbau R eines Fahrzeuges 1. Im Kollisionsfall des Fahrzeuges 1 wird das Gehäuse 3 vergleichsweise gering belastet, da die Lastpfade entlang des Rohbaus R um den elektrischen Energiespeicher 2 herum verlaufen.
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Der elektrische Energiespeicher 2 mit seinen verschalteten Einzelzellen befindet sich in dem Gehäuse 3, welches fertig- oder vormontiert an das Montageband geliefert werden kann. Dadurch kann weitestgehend ausgeschlossen werden, dass Hochvolt-Arbeiten am Montageband durchgeführt werden.
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Die Einzelzellen sind zu einem Großmodul verschaltet und hoch integriert, wobei ein Bauraum im Gehäuse 3 optimiert ausgenutzt wird. Zudem befinden sich keine versteifenden Strukturen in dem Gehäuse 3, so dass mehr Bauraum für Einzelzellen zur Verfügung steht und somit eine Energiedichte des elektrischen Energiespeichers 2 optimiert werden kann.
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Der Gehäusedeckel 3.1 bildet also den Fahrzeughauptboden, wobei die Box 6 und Niedervolt-Elektrik-/Elektronikumfänge auf dem Gehäusedeckel 3.1 des elektrischen Energiespeichers 2 oberhalb der Einzelzellen angeordnet ist. Insbesondere sind die Komponenten der Niedervolt-Elektrik-/Elektronikumfänge im sogenannten Tunnel des Fahrzeuges 1 angeordnet.
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Der Rohbau R wird mittels temporärer, entnehmbarer Versteifungsstrukturen vor der Integration des elektrischen Energiespeichers 2 in den Rohbau R soweit stabilisiert, dass der Rohbau R eine kathodische Tauchlackierung und sonstige Korrosionsschutzmaßnahmen und eine Lackierung passieren kann. Der Rohbau R wird auf eine optimale Steifigkeit und Festigkeit bei integriertem elektrischen Energiespeicher 2 und gefügten Seitenwänden ausgelegt.
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Die temporären Versteifungsstrukturen werden vor der Montage des elektrischen Energiespeichers 2 ausgetauscht. Durch die Montage des elektrischen Energiespeichers 2 und das Verbinden der Sitzquerträger 4 und des Gehäuserahmens 3.1 mit dem Rohbau R über die Hälften 7.1, 7.2 des Längsträgers 7 erhält der Rohbau R seine finale Stabilität und Steifigkeit.
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Mittels des Gehäusedeckels 3.1 und des unteren Gehäusedeckels ist das Gehäuse 3 abgedichtet verschlossen, wobei der elektrische Energiespeicher 2 betriebsbereit an das Montageband geliefert wird. An dem Montageband erfolgt die elektrische Kontaktierung des elektrischen Energiespeichers 2 mit dem jeweiligen elektrischen Antriebsstrang.
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Insbesondere sind eine Kühlfunktion und eine dazu erforderliche Medienführung in den Gehäusedeckel 3.1 integriert, welcher beispielsweise in einer Wabensandwichstruktur ausgeführt ist.
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Wie oben beschrieben weist der Rohbau R einen geteilten Längsträger 7 auf, dessen eine Hälfte 7.1 durch Strukturen am Gehäuse 3, beispielsweise Ventingkanäle, und dessen weitere Hälfte 7.2 durch Strukturen der Seitenwand des Rohbaus R gebildet ist. Der Längsträger 7 entsteht final mittels Fügen der Seitenwand an das Gehäuse 3, nachdem der elektrische Energiespeicher 2 in den Rohbau R integriert ist.
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In den Längsträger 7 sind Ventingkanäle zur Ableitung heißer Gase bei einem sogenannten thermischen Durchgehen von Einzelzellen des elektrischen Energiespeichers 2 integriert.
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Der Längsträger 7 bildet einen Lastpfad für Längskräfte, insbesondere bei einem Frontalaufprall des Fahrzeuges 1. Zudem stützt der Längsträger 7 Querkräfte ab und stellt eine Deformationszone, insbesondere bei einer Seitenkollision des Fahrzeuges 1, dar. Auch können in den Längsträger 7 Sensoren integriert sein, beispielsweise in Form von Dehnmessstreifen, um eine mechanische Beanspruchung des Längsträgers 7 und gegebenenfalls des elektrischen Energiespeichers 2 zu messen. Gemessene Daten können in einem Steuergerät abgelegt werden, so dass erfasst werden kann, ob der elektrische Energiespeicher 2 nach einer Kollision des Fahrzeuges 1 beschädigt bzw. mechanisch beansprucht wurde. Derartige Sensoren können auch in die Sitzquerträger 4 integriert werden.
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Auch können in den Längsträger 7 Sensoren, z. B. Temperatursensoren und/oder Gassensoren, integriert sein, um ein Ereignis eines thermischen Durchgehens zu detektieren und Sicherheitsmaßnahmen einzuleiten.
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Im Reparaturfall des elektrischen Energiespeichers 2 ist vorgesehen, dass die weitere Hälfte 7.2, welche einen integrierten Bestandteil des Rohbaus R bildet, und die Sitzquerträger 4 am Fahrzeug 1 verbleiben. Der untere Gehäusedeckel wird geöffnet, wobei über sogenannte Schnellkupplungen Kühlleitungen entkoppelt werden können. Steckverbinder für Strom- und/oder Steuerumfänge des elektrischen Energiespeichers 2 werden vom Innenraum des Fahrzeuges 1, dort, wo die Elektrik/Elektronik angeordnet ist, entriegelt und gelöst. Dabei erfolgt ein Zugang zu den Steckverbindern über sogenannte Serviceöffnungen. Ist dies ausgeführt, kann der elektrische Energiespeicher 2 oder ein sogenanntes Batteriepack, beispielsweise das Großmodul, von unten aus dem Gehäuse 3 entnommen werden.
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Ein solches Batteriepack weist ein vergleichsweise dünnwandiges inneres Gehäuse auf, welches aufgrund einer Hochvolt-Sicherheit geschlossen ist. Nach einem Ausbau wird das Batteriepack in einem versteifenden und isolierenden Transportgehäuse verstaut und kann somit sicher zu einem Reparaturzentrum transportiert werden.
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In einer möglichen Ausführung erhält ein Kunde umgehend eine Austauschbatterie, so dass eine Standzeit des Fahrzeuges 1, insbesondere mit geschwächter Rohbaustruktur, verringert werden kann.
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Hinsichtlich einer Antriebsflexibilität ist eine Unterbodenvariante denkbar, welche eine Integration eines verbrennungsmotorischen Antriebes in den Rohbau R erlaubt.
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Das Großmodul des elektrischen Energiespeichers 2 mit innerer Hälfte 7.1 des Längsträgers 7 ist innerhalb einer Architektur für alle Derivate gleich, wobei eine Kosteneinsparung daraus resultieren kann, dass ein gleiches Schwellerprofil, also die Hälfte 7.1 des Längsträgers 7, über alle Baureihen, beispielsweise Limousine, SUV, verwendet wird. Dadurch ist es erforderlich, dass im Wesentlichen nur der Gehäusedeckel 3.1 angepasst werden muss.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2468609 A2 [0002]
- US 10464406 B2 [0003]
